(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子において、素子寿命を長くし、信頼性を向上させること。【解決手段】  導電型半導体基板の上に、少なくとも、活性層と、該活性層を挟む複数の導電型クラッド層と、前記活性層の所定のストライプ状領域の上方に開口部を有する電流阻止層とが積層されてなる半導体レーザ素子において、前記開口部の幅が１０［μｍ］〜３０［μｍ］であり、横モードがマルチモード発振であることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電型半導体基板の上に、少なくとも、活性層と、該活性層を挟む複数の導電型クラッド層と、前記活性層の所定のストライプ状領域の上方に開口部を有する電流阻止層とが積層されてなる半導体レーザ素子において、
前記開口部の幅が１０［μｍ］〜３０［μｍ］であり、
横モードがマルチモード発振であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
導電型半導体基板の上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と、光ガイド層と、活性層と、第２導電型第１クラッド層と、第２導電型第２クラッド層と、導電型キャップ層と、前記活性層の所定のストライプ状領域の上方に開口部を有する電流阻止層とが積層されてなる半導体レーザ素子において、
前記開口部の幅が１０［μｍ］〜３０［μｍ］であり、
横モードがマルチモード発振であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流阻止層が導電型の電流阻止層であり、単層膜又は多層膜からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記電流阻止層が絶縁層からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザディスプレイ、レーザ加工、高調波発生装置等の光源として用いるために、数十Ｗ以上の出力を持つ半導体レーザ素子の研究・開発が盛んに行われており、ブロードストライプレーザや複数の発光部を並べた構成となるアレイ型半導体レーザは高出力光を出射可能な光源として期待が持たれている。特に、ディスプレイ用途の赤色半導体レーザ素子として、波長約６５０［ｎｍ］付近を発振するInGaAlP系の利用が考えられている。特許文献１にはInGaAlP系を用いたアレイ型半導体レーザ素子についての発明が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−５０８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
InGaAlP系を用いた半導体レーザ素子は、ＤＶＤ等の応用用途に作製されており、レーザ特性の改善が進んでいる。しかし、ディスプレイに半導体レーザ素子を用いる場合、ＤＶＤに用いる場合より長い点灯時間が要求されるため、半導体レーザ素子の長寿命化が望まれていた。特許文献１の発明には、半導体レーザ素子の素子寿命を延ばすための技術については開示されておらず、問題は解決されなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、素子寿命が長く、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明の半導体レーザ素子は、導電型半導体基板の上に、少なくとも、活性層と、該活性層を挟む複数の導電型クラッド層と、前記活性層の所定のストライプ状領域の上方に開口部を有する電流阻止層とが積層されてなる半導体レーザ素子において、前記開口部の幅が１０［μｍ］〜３０［μｍ］であり、横モードがマルチモード発振であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明の半導体レーザ素子は、導電型半導体基板の上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と、光ガイド層と、活性層と、第２導電型第１クラッド層と、第２導電型第２クラッド層と、導電型キャップ層と、前記活性層の所定のストライプ状領域の上方に開口部を有する電流阻止層とがこの順に積層されてなる半導体レーザ素子において、前記開口部の幅が１０［μｍ］〜３０［μｍ］であり、横モードがマルチモード発振であることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子であって、前記電流阻止層が導電型の電流阻止層であり、単層膜又は多層膜からなるものであることとしてもよい。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子であって、前記電流阻止層が絶縁層からなるものであることとしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
半導体レーザ素子の開口部の幅を１０［μｍ］〜３０［μｍ］の範囲とすることで、１万時間以上の素子寿命を実現できる。この半導体レーザ素子の長寿命化により、素子の信頼性を高めることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を用いて本発明の半導体レーザ素子の実施の形態を説明する。
【００１１】
＜第１の実施の形態＞
図１は第１の実施の形態の半導体レーザ素子１００ａの概略断面図である。MOCVD法により、（１００）面から（１１１）方向に５〜１５度傾斜させたn型GaAs基板１ａ上に、n型GaAsバッファ層２ａ、n型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51Pクラッド層３ａ、In0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層４ａ、多重量子井戸活性層５ａ、In0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層６ａ、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第１クラッド層７ａ、p-型In0.49Ga0.51Pエッチングストップ層１６ａ、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第２クラッド層８ａ、p型In0.49Ga0.51Pへテロバッファ層１０ａ、p型GaAsキャップ層１１ａを順に積層する。その上に、更に誘電体マスクとなるSiO2選択成長マスクを形成し、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第２クラッド層８ａ、p型In0.49Ga0.51Pへテロバッファ層１０ａ及びp型GaAsキャップ層１１ａをエッチングして、メサストライプ状のリッジ構造を
【数１】
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【００１２】
方向に形成する。
【００１３】
次に、リッジ構造の領域を除いた領域にn型GaAs電流ブロック層９ａ（電流阻止層）を結晶成長により形成する。これにより、多重量子井戸活性層５ａの所定のストライプ状領域に対してのみ電流注入が行われる。そしてSiO2選択成長マスクを除去し、リッジ構造の領域及び電流ブロック層９ａの全面に対してp型GaAsキャップ層１２ａ及びp+型GaAsコンタクト層１３ａを形成する。
【００１４】
その後、n型GaAs基板１ａからp型GaAsコンタクト層１３ａまでの厚さが１００［μｍ］程度になるまでn型GaAs基板１ａの研磨を行い、n型GaAs基板１ａ側にn型電極１５ａを、p-型GaAsコンタクト層１３ａ側にp型電極１４ａを蒸着及び熱処理等によって形成する。
【００１５】
半導体レーザ素子１００ａは、横モードがマルチモード発振のものである。また、電流ブロック層９ａは単層膜または多層膜によって構成される。
【００１６】
図３は、リッジ構造部分における多重量子井戸活性層５ａ側の幅（開口部の幅）と半導体レーザ素子１００ａの劣化時間の関係を示したグラフである。リッジ構造部分における開口部の幅とは、図１における矢印Ａに示した幅である。開口部の幅は１０［μｍ］〜５０［μｍ］の範囲で変化させ、５０℃、５［ｍＷ］の条件の下で半導体レーザ素子１００ａの通電試験を行った。ここで、半導体レーザ素子１００ａの駆動電流が、通電試験開始直後の駆動電流の値に対して１．２倍となった時点で半導体レーザ素子１００ａが劣化したとみなし、通電試験開始から当該時点までの経過時間を寿命時間とする。
【００１７】
図３より、開口部の幅が３０［μｍ］付近より小さいとき、半導体レーザ素子１００ａの寿命時間は１万時間を超えていることが分かる。しかし開口部の幅が３０［μｍ］を超えた辺りで寿命時間が急激に減少し、５０［μｍ］付近では寿命時間が１００時間程度となる。これは、開口部である活性層幅が広がることで、総電流量が増えるため、活性層近傍で発生する熱が増加し、駆動電流が上昇して半導体レーザ素子１００ａが劣化したものと考えられる。また、１０［μｍ］以下の開口部では、光出力を大きくしたときに端面光密度が大きくなるため、ＣＯＤ劣化しやすくなる。
【００１８】
以上説明したように、半導体レーザ素子１００ａのリッジ構造部分における開口部の幅を３０［μｍ］以下、好ましくは１０［μｍ］〜３０［μｍ］の範囲とすることで、１万時間以上の素子寿命を実現できる。この半導体レーザ素子１００ａの長寿命化により、素子の信頼性を高めることができる。
【００１９】
尚、本実施の形態は、半導体レーザ素子の構造に関わらず発光幅に関して適用されるものであり、例えば、クラッド層としてAlInP系を用いた実屈折導波型ブロードエリア半導体レーザ素子やアレイ型半導体レーザ素子に適用しても構わない。
【００２０】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態の半導体レーザ素子１００ａは、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第２クラッド層８ａ、p型In0.49Ga0.51Pへテロバッファ層１０ａ及びp型GaAsキャップ層１１ａをエッチングして、メサストライプ状のリッジ構造を形成し、リッジ構造の領域を除いた領域にn型GaAs電流ブロック層９ａを形成して、多重量子井戸活性層５ａの所定のストライプ状領域に対して電流注入が行われるようにした。第２の実施の形態では、多重量子井戸活性層に電流注入がなされる領域を限定するためにSiO2絶縁膜を用いた半導体レーザ素子１００ｂについて説明する。
【００２１】
MOCVD法により、（１００）面から（１１１）方向に５〜１５度傾斜させたn型GaAs基板１ｂ上に、n型GaAsバッファ層２ｂ、n型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51Pクラッド層３ｂ、In0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層４ｂ、多重量子井戸活性層５ｂ、In0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層６ｂ、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第１クラッド層７ｂ、p-型In0.49Ga0.51Pエッチングストップ層１６ｂ、p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第２クラッド層８ｂ、p型In0.49Ga0.51Pへテロバッファ層１０ｂ、p型GaAsキャップ層１１ｂ、p+型GaAsコンタクト層１２ｂを順に積層する。その上に、電流狭窄層となるストライプ状の開口部を有するSiO2絶縁層９ｂ（電流阻止層）を形成する。
【００２２】
そしてn型GaAs基板１ｂからSiO2絶縁層９ｂまでの厚さが１００［μｍ］程度になるまでn型GaAs基板１ｂの研磨を行い、最後にn型GaAs基板１ｂ側にn型電極１４ｂ、SiO2絶縁層９ｂ側にp型電極１３ｂを蒸着及び熱処理等によって形成する。
【００２３】
半導体レーザ素子１００ｂにおいて、SiO2絶縁層９ｂの開口部の幅（図２における矢印Ｂに示した幅）と半導体レーザ素子１００ｂの劣化時間の関係を調べたところ、図３に示した結果と同様の結果が得られた。従って、半導体レーザ素子１００ｂのSiO2絶縁層９ｂにおける開口部の幅を３０［μｍ］以下、好ましくは１０［μｍ］〜３０［μｍ］の範囲とすることで、半導体レーザ素子１００ｂの寿命時間を長くすることができる。これにより、半導体レーザ素子１００ｂの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態における半導体レーザ素子の概略断面図
【図２】第２の実施の形態における半導体レーザ素子の概略断面図
【図３】開口部の幅を変化させたときの半導体レーザ素子の劣化時間の関係を示したグラフ
【符号の説明】
【００２５】
１００ａ、１００ｂ    半導体レーザ素子
１ａ、１ｂ      n型GaAs基板
２ａ、２ｂ      n型GaAsバッファ層
３ａ、３ｂ      n型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51Pクラッド層
４ａ、４ｂ      In0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層
５ａ、５ｂ      多重量子井戸活性層
６ａ、６ｂ      n0.49(Al0.5Ga0.5)0.51Pガイド層
７ａ、７ｂ      p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第１クラッド層
８ａ、８ｂ      p型In0.49(Al0.7Ga0.3)0.51P第２クラッド層
９ａ            n型GaAs電流ブロック層
９ｂ            SiO2絶縁層
１０ａ、１０ｂ  p型In0.49Ga0.51Pへテロバッファ層
１１ａ、１１ｂ  p型GaAsキャップ層
１２ａ          p型GaAsキャップ層
１２ｂ、１３ａ  p+型GaAsコンタクト層
１３ｂ、１４ａ  p型電極
１４ｂ、１５ａ  n型電極
１６ａ、１６ｂ  p-型In0.49Ga0.51Pエッチングストップ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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